Dalla fisica quantistica al computer quantistico

La meccanica quantistica (o fisica quantistica o teoria dei quanti) è la teoria della meccanica, in grado di descrivere il comportamento della materia, della radiazione e le reciproche interazioni, con particolare riguardo ai fenomeni caratteristici della scala di lunghezza o di energia atomica e subatomica. Un computer quantistico è un computer che utilizza i qubit per immagazzinare e processare i dati. Sfrutta alcune tra le proprietà della meccanica quantistica per ottenere una potenza di calcolo di gran lunga superiore rispetto a quella di un computer classico. I qubit sono l’unità di informazione quantistica e possono rappresentare uno 0, un 1 o entrambi. Questa possibilità permette ai computer quantistici di fare calcoli molto più elaborati rispetto ai classici computer e, soprattutto, di farli molto più in fretta.

Come vengono gestiti i qubit

Qubit, contrazione di quantum bit, è il termine coniato da Benjamin Schumacher per indicare il bit quantistico ovvero l’unità di informazione quantistica. Gli scienziati da decenni stanno studiando come gestire i qubit. Per sfruttarne le caratteristiche e quindi mantenere quella che è chiamata coerenza quantistica servono temperature bassissime, devono essere isolati in condizioni di laboratorio particolari altrimenti collassano. La strada percorsa finora è stata quella di usare dei superconduttori, dei metalli capaci di lavorare a temperature molto inferiori allo zero.

Google e la quantum supremacy

Google sarebbe riuscito con il suo Sycamore, computer con 53 qubit, a fare in soli 3 minuti un calcolo che un computer tradizionale avrebbe impiegato 10mila anni a risolvere. Anche IBM continua a investire molto nel settore quantistico. Entrambi lavorano sui computer quantistici e sulle cosiddette giunzioni Josephson composte da due strisce di superconduttori separate da un isolante. Ma esistono anche altri approcci, come il topological quantum computing su cui sta scommettendo Microsoft.

Quantum-Safe Cryptography: crittografia post quantistica

Quando si parla di Quantum-safe (o crittografia post quantistica) ci si riferisce a schemi di crittografia che possono essere eseguiti da un comune computer (anche un telefonino) ma che hanno una livello tale di sicurezza da essere al riparo anche da attacchi provenienti da un computer quantistico. Con l’avanzamento tecnologico nasce l’esigenza di un elevato livello di protezione proprio dei computer quantistici, oggi capaci di risolvere complessi problemi matematici che sono alla base della sicurezza informatica con la quale oggi vengono protetti i protocolli di comunicazione e le informazioni che transitano sulla Rete.

Il futuro del computer quantistico

Per la maggior parte delle operazioni convenzionali, i normali processori saranno ancora l’opzione più efficiente ed economica. Nei settori come quello della sicurezza e criptografia, la scienza dei materiali, o l’industria farmaceutica, o la fisica delle particelle, un computer quantistico potrebbe rendere possibili avanzamenti tecnologici di vastissima portata e difficili da prevedere a priori. 

“Degli avanzamenti concreti da un punto di vista pratico, suppongo che saranno osservabili solo tra una decina d’anni.” – Fausto Intilla.